中國(guó)民航大學(xué)電子信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)課件差動(dòng)放大電路

1、電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路熟悉差動(dòng)放大器的工作原理；熟悉差動(dòng)放大器的工作原理；掌握差動(dòng)放大器的基本測(cè)試方法。掌握差動(dòng)放大器的基本測(cè)試方法。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理關(guān)于直接耦合式放大電路：關(guān)于直接耦合式放大電路：在工業(yè)控制中的很多物理量均為模擬量，如溫度、流在工業(yè)控制中的很多物理量均為模擬量，如溫度、流量、壓力、液位、長(zhǎng)度、氣體濃度等等，對(duì)它們的測(cè)量、壓力、液位、長(zhǎng)度、氣體濃度等等，對(duì)它們的測(cè)量是通過各種不同的傳感器來完成的。量是通過各種不同的傳感器來完成的。傳感器將這些物理量轉(zhuǎn)化成的微弱的電信號(hào)，這些信傳感器將這些物理量轉(zhuǎn)化成的微弱的電信號(hào)，這些信號(hào)的變化是非常緩

2、慢的、非周期性的。由于這類信號(hào)號(hào)的變化是非常緩慢的、非周期性的。由于這類信號(hào)非常微弱，只有通過放大才能驅(qū)動(dòng)負(fù)載；又由于信號(hào)非常微弱，只有通過放大才能驅(qū)動(dòng)負(fù)載；又由于信號(hào)變化緩慢，采用阻容耦合方式是不行的，所以應(yīng)采用變化緩慢，采用阻容耦合方式是不行的，所以應(yīng)采用直接耦合式放大電路。直接耦合式放大電路。直接耦合式放大電路的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：直接耦合式放大電路的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，直接耦合式放大電路中，即使將在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，直接耦合式放大電路中，即使將輸入端短路，用靈敏的直流表測(cè)量輸出端，也會(huì)有變輸入端短路，用靈敏的直流表測(cè)量輸出端，也會(huì)有變化緩慢的輸出電壓。這種輸入電壓為零而輸出電壓不化

3、緩慢的輸出電壓。這種輸入電壓為零而輸出電壓不為零且緩慢變化的現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。在放大電為零且緩慢變化的現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。在放大電路中，任何參數(shù)的變化，如電源電壓的博大、元件的路中，任何參數(shù)的變化，如電源電壓的博大、元件的老化、半導(dǎo)體元件參數(shù)隨溫度變化而產(chǎn)生的變化，都老化、半導(dǎo)體元件參數(shù)隨溫度變化而產(chǎn)生的變化，都將產(chǎn)生輸出電壓的漂移。在阻容耦合放大電路中，這將產(chǎn)生輸出電壓的漂移。在阻容耦合放大電路中，這種緩慢變化的漂移電壓都將降落在耦合電容之上，而種緩慢變化的漂移電壓都將降落在耦合電容之上，而不會(huì)傳遞到下一級(jí)電路進(jìn)一步放大。但是在直接耦合不會(huì)傳遞到下一級(jí)電路進(jìn)一步放大。但是在直接耦合放大

4、電路中，由于前后直接相連，前一級(jí)的漂移電壓放大電路中，由于前后直接相連，前一級(jí)的漂移電壓會(huì)和有用信號(hào)一起被送到下一級(jí)，而且逐級(jí)放大，以會(huì)和有用信號(hào)一起被送到下一級(jí)，而且逐級(jí)放大，以至于有時(shí)在輸出端很難區(qū)分什么是有用信號(hào)、什么是至于有時(shí)在輸出端很難區(qū)分什么是有用信號(hào)、什么是漂移電壓，放大電路不能正常工作。漂移電壓，放大電路不能正常工作。實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理溫漂現(xiàn)象：溫漂現(xiàn)象：采用高質(zhì)量的穩(wěn)壓電源和使用經(jīng)過老化實(shí)驗(yàn)的元件就采用高質(zhì)量的穩(wěn)壓電源和使用經(jīng)過老化實(shí)驗(yàn)的元件就可以大大減小零點(diǎn)漂移。可以大大減小零點(diǎn)漂移。半導(dǎo)體材料是對(duì)溫度極其敏感的，由溫度變化所引起半導(dǎo)體材料是對(duì)溫度極其敏感的，由溫度變化所引起

5、的半導(dǎo)體參數(shù)的變化是產(chǎn)生零點(diǎn)漂移現(xiàn)象的主要原因，的半導(dǎo)體參數(shù)的變化是產(chǎn)生零點(diǎn)漂移現(xiàn)象的主要原因，因而也稱零點(diǎn)漂移為溫度漂移，簡(jiǎn)稱溫漂。因而也稱零點(diǎn)漂移為溫度漂移，簡(jiǎn)稱溫漂。實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理抑制溫度漂移的方法：抑制溫度漂移的方法：在電路中引入直流負(fù)反饋；在電路中引入直流負(fù)反饋；采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ徊捎脺囟妊a(bǔ)償?shù)姆椒?；采用特性相同的三極管，使它們的溫漂互相抵消，構(gòu)成采用特性相同的三極管，使它們的溫漂互相抵消，構(gòu)成“差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路”。差動(dòng)放大電路是模擬集成運(yùn)算放大。差動(dòng)放大電路是模擬集成運(yùn)算放大器輸入級(jí)所采用的電路形式。器輸入級(jí)所采用的電路形式。實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理差動(dòng)放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)差

6、動(dòng)放大電路的主要技術(shù)指標(biāo): :差模電壓增益差模電壓增益AudAud共模電壓增益共模電壓增益AucAuc共模抑制比共模抑制比K KCMRRCMRR典型差動(dòng)放大電路典型差動(dòng)放大電路: :差動(dòng)放大器由兩個(gè)元件參數(shù)相同的基本共射放大電路組成。差動(dòng)放大器由兩個(gè)元件參數(shù)相同的基本共射放大電路組成。當(dāng)兩個(gè)輸入端施加大小相等極性相同（共模）的信號(hào)時(shí)，由當(dāng)兩個(gè)輸入端施加大小相等極性相同（共模）的信號(hào)時(shí)，由于電路的對(duì)稱性于電路的對(duì)稱性T1T1、T2T2所產(chǎn)生的電流變化相等，所產(chǎn)生的電流變化相等，IIB1B1= I= IB2B2、 IIC1C1= I= IC2C2；因此集電極上的點(diǎn)位的變化也相等，即；因此集電極上的

7、點(diǎn)位的變化也相等，即VVC1C1= = VVC2C2 。這說明差動(dòng)電路對(duì)共模信號(hào)有抑制作用。這說明差動(dòng)電路對(duì)共模信號(hào)有抑制作用。當(dāng)當(dāng)兩個(gè)輸入端施加大小相等極性相反（差模）的信號(hào)時(shí)，兩個(gè)輸入端施加大小相等極性相反（差模）的信號(hào)時(shí)， VVi1i1= -V= -Vi2i2 ，又由于參數(shù)對(duì)稱，又由于參數(shù)對(duì)稱，T1T1、T2T2管所產(chǎn)生的電流變管所產(chǎn)生的電流變化大小相等變化方向相反，化大小相等變化方向相反， IIB1B1= = IIB2B2、 IIC1C1= = IIC2C2；因此集電極上的電位的變化也是大小相等變化方向相；因此集電極上的電位的變化也是大小相等變化方向相反，即反，即VVC1C1=- V=

8、- VC2C2 ，這樣得到的輸出電壓，這樣得到的輸出電壓Vo=2VVo=2VC1C1 。實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理差模信號(hào)差模信號(hào)VidVid：是指在兩個(gè)輸入端加幅度相等，極性相反的信號(hào)，即兩個(gè)輸是指在兩個(gè)輸入端加幅度相等，極性相反的信號(hào)，即兩個(gè)輸入信號(hào)之差；入信號(hào)之差；共模信號(hào)共模信號(hào)VicVic：是指在兩個(gè)輸入端加幅度相等，極性相同的信號(hào)，即兩個(gè)輸是指在兩個(gè)輸入端加幅度相等，極性相同的信號(hào)，即兩個(gè)輸入信號(hào)的算術(shù)平均值。例如溫漂信號(hào)就屬共模信號(hào)，它對(duì)差入信號(hào)的算術(shù)平均值。例如溫漂信號(hào)就屬共模信號(hào)，它對(duì)差分放大電路中兩個(gè)輸入端的的影響相同。分放大電路中兩個(gè)輸入端的的影響相同。實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理如果輸入信號(hào)

9、極性相同，幅度也相同，則是純共模信如果輸入信號(hào)極性相同，幅度也相同，則是純共模信號(hào)。如果極性相同，但幅度不等，則可以認(rèn)為既包含號(hào)。如果極性相同，但幅度不等，則可以認(rèn)為既包含共模信號(hào)，又包含差模信號(hào)，應(yīng)分開加以計(jì)算。共模信號(hào)，又包含差模信號(hào)，應(yīng)分開加以計(jì)算。差模電壓增益差模電壓增益AudAud：指差動(dòng)放大電路指差動(dòng)放大電路對(duì)差模輸入信號(hào)的放大倍數(shù)。對(duì)差模輸入信號(hào)的放大倍數(shù)。差差模電壓增模電壓增益越大，放大電路的性能越好。益越大，放大電路的性能越好。實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理idodVDVVA共模電壓增益共模電壓增益AucAuc：指差動(dòng)放大電路共模輸入信號(hào)的放大倍數(shù)。指差動(dòng)放大電路共模輸入信號(hào)的放大倍數(shù)。共

10、模電壓增益共模電壓增益越小，放大電路的性能越好。越小，放大電路的性能越好。共模抑制比共模抑制比K KCMRCMR：指差模電壓放大倍數(shù)與共模放大倍數(shù)之比，它表明差動(dòng)放指差模電壓放大倍數(shù)與共模放大倍數(shù)之比，它表明差動(dòng)放大電路對(duì)共模信號(hào)的抑制能力。大電路對(duì)共模信號(hào)的抑制能力。icOCVCVVAVCVDCMRAAKdBlg20cdCMRvvAAK或：或：改進(jìn)型的差動(dòng)電路：恒流源差動(dòng)放大電路改進(jìn)型的差動(dòng)電路：恒流源差動(dòng)放大電路實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理為了提高共模抑制比應(yīng)加大為了提高共模抑制比應(yīng)加大R Re e 。但。但R Re e加大后，為保證工作點(diǎn)加大后，為保證工作點(diǎn)不變，必須提高負(fù)電源，這是不經(jīng)濟(jì)的?？捎煤?/p>

11、流源不變，必須提高負(fù)電源，這是不經(jīng)濟(jì)的?？捎煤懔髟碩 T3 3來代來代替替R Re e 。恒流源動(dòng)態(tài)電阻大，可提高共模抑制比。同時(shí)恒流。恒流源動(dòng)態(tài)電阻大，可提高共模抑制比。同時(shí)恒流源的管壓降只有幾伏，可不必提高負(fù)電源之值。我們的實(shí)驗(yàn)源的管壓降只有幾伏，可不必提高負(fù)電源之值。我們的實(shí)驗(yàn)電路就是這樣的電路。電路就是這樣的電路。晶體管工作在放大區(qū)時(shí)，晶體管工作在放大區(qū)時(shí)，集電極電流幾乎僅取決于集電極電流幾乎僅取決于基極電流而與管壓降無關(guān)，基極電流而與管壓降無關(guān)，當(dāng)基極電流是一個(gè)不變的當(dāng)基極電流是一個(gè)不變的直流電流時(shí)，集電極電流直流電流時(shí)，集電極電流就是一個(gè)恒定電流。就是一個(gè)恒定電流。在差分放大電路的

12、實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)所放大信號(hào)的不同，在差分放大電路的實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)所放大信號(hào)的不同，常采用以下四種連接常采用以下四種連接: :雙端輸入、雙端輸出（雙雙端輸入、雙端輸出（雙雙）：雙）：雙端輸入、單端輸出（雙雙端輸入、單端輸出（雙單）：?jiǎn)危簡(jiǎn)味溯斎搿㈦p端輸出（單單端輸入、雙端輸出（單雙）：雙）：?jiǎn)味溯斎?、單端輸出（單單端輸入、單端輸出（單單）：?jiǎn)危簩?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)電路2022-6-17靜態(tài)分析靜態(tài)分析當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)：當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)：由于由于IB3 IB3和和 IB3： VB3=(R2/（R1+R2)*(12-(-12)-12=7.84V；而硅三極管的而硅三極管的VBE0.7，則

13、：，則： VE3 =7.840.7=-8.54V；IC3IE3=VE3/RE3=(-8.54+12)/3K=1.15mA; 由此可以看出：因?yàn)橛纱丝梢钥闯觯阂驗(yàn)閂B3的電壓相對(duì)不變，的電壓相對(duì)不變，理論計(jì)算理論計(jì)算2022-6-17靜態(tài)分析靜態(tài)分析當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)：當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)：由于沒有輸入信號(hào)，所以：由于沒有輸入信號(hào)，所以：VB1=VB2=0V; VE1=VE2=0-0.7=-0.7V;VC3=VE1-0.5*IC3*0.5RP=-0.7-0.5*1.15*0.5*330=-0.79V由于由于IC3 IE3， IE1 IE2 0.5 IE3，所以，所以： IE1=IE2=0.5IE3=0

14、.577mA;VC1=VC2=VCC-IE1*RC=12-0.577*10*1000=6.23V理論計(jì)算理論計(jì)算動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析1.1.雙端輸入、雙端輸出雙端輸入、雙端輸出: :有兩個(gè)輸出端有兩個(gè)輸出端- -集電極集電極C1C1和集電極和集電極C2C2。差模電壓增益差模電壓增益共模電壓增益共模電壓增益共模抑制比：共模抑制比：輸入阻抗：輸入阻抗：輸出阻抗：輸出阻抗：理論計(jì)算理論計(jì)算021vvvicococvcAQCbbIrrRprR1bebeid/ )1 (26;)1 (2co2RR AAKvcvdCMRidLidoiiooidoVDRRvvvvvvvvA12121222/LCLRRR 動(dòng)態(tài)分析

15、動(dòng)態(tài)分析2.2.雙端輸入、單端輸出：雙端輸入、單端輸出：信號(hào)僅從集電極信號(hào)僅從集電極 C1C1或或C2 C2 對(duì)地輸出。對(duì)地輸出。差模電壓增益：差模電壓增益：共模電壓增益：共模電壓增益：共模抑制比：共模抑制比：輸入阻抗：輸入阻抗：輸出阻抗：輸出阻抗：理論計(jì)算理論計(jì)算2/LCLRRR oCobeCicocvcrrRrRvvA22111coRR beovcvdCMRrrAAK11idLidoiiooidoVDRRvvvvvvvvA121212QCbbIrrRprR1bebeid/ )1 (26;)1 (2動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析3.3.單端輸入、雙端輸出單端輸入、雙端輸出差模電壓增益：差模電壓增益：共模電

16、壓增益：共模電壓增益：共模抑制比：共模抑制比：輸入阻抗輸入阻抗輸出阻抗：輸出阻抗：理論計(jì)算理論計(jì)算co2RR AAKvcvdCMR021vvvicococvcAQCbbIrrRprR1bebeid/ )1 (26;)1 (2idLidoiiooidoVDRRvvvvvvvvA12121222/LCLRRR 動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析4.4.單端輸入、單端輸出單端輸入、單端輸出差模電壓增益：差模電壓增益：共模電壓增益：共模電壓增益：共模抑制比：共模抑制比：輸入阻抗：輸入阻抗：輸出阻抗：輸出阻抗：理論計(jì)算理論計(jì)算oCobeCicocvcrrRrRvvA22111coRR beovcvdCMRrrAAK11Q

17、CbbIrrRprR1bebeid/ )1 (26;)1 (2idLidoiiooidoVDRRvvvvvvvvA1212122/LCLRRR 1.1.測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)：測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)：連接電路：將輸入端短路接地，接通直流電源；連接連接電路：將輸入端短路接地，接通直流電源；連接圖圖( (見下頁(yè)見下頁(yè)) )；調(diào)節(jié)電位器使雙端輸出電壓為調(diào)節(jié)電位器使雙端輸出電壓為0V0V，也就是使，也就是使V VC1C1=V=VC2C2；測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)；測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)；實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)操作對(duì)地電壓對(duì)地電壓VC1VC2VC3VB1VB2VB3VE1VE2VE3理論計(jì)算值理論計(jì)算值/V測(cè)量值測(cè)量值/V連接電路連接電路2.2.

18、測(cè)量差模放大倍數(shù)：測(cè)量差模放大倍數(shù)：在一個(gè)輸入端接入在一個(gè)輸入端接入0.1V0.1V電壓信號(hào)，在另一輸入端接入電壓信號(hào)，在另一輸入端接入-0.1V-0.1V電壓信號(hào)；連接圖電壓信號(hào)；連接圖( (見下頁(yè)見下頁(yè)) )；用萬用表測(cè)量輸出端電壓：用萬用表測(cè)量輸出端電壓：實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)操作測(cè)量值測(cè)量值計(jì)算值計(jì)算值估算值估算值輸入信號(hào)輸入信號(hào)VC1VC2VC3AVD1AVD2AV雙雙AVD1AVD2AVD雙雙Vi1=0.1VVi2=-0.1V注：注： AVD1=（VO1-VO1Q）/（Vi1-Vi2）；）；VO1Q為為V1集電極靜態(tài)電壓；集電極靜態(tài)電壓； AVD2=（VO2-VO2Q）/（Vi1-Vi2）；

19、）； VO2Q為為V2集電極靜態(tài)電壓；集電極靜態(tài)電壓；注意：注意：由于由于2R1、2R4比較小，因此比較小，因此輸入電壓只要輸入電壓只要在界限后重新在界限后重新測(cè)量。測(cè)量。連接電路連接電路3.3.測(cè)量共模放大倍數(shù)：測(cè)量共模放大倍數(shù)：將兩輸入端短路接到直流信號(hào)源；連接圖將兩輸入端短路接到直流信號(hào)源；連接圖( (見下頁(yè)見下頁(yè)) )；用萬用表測(cè)量輸出端電壓：用萬用表測(cè)量輸出端電壓：實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)操作測(cè)量值測(cè)量值計(jì)算值計(jì)算值共模抑制共模抑制比比輸入信號(hào)輸入信號(hào)VC1VC2VC3AVC1AVC2AVC雙雙KCMRVi1= Vi2= 0.1VVi1= Vi2= -0.1V注：注： AVC1=（VO1-VO1

20、Q）/Vi1；VO1Q為為V1集電極靜態(tài)電壓；集電極靜態(tài)電壓； AVC2=（VO2-VO2Q）/Vi2； VO2Q為為V2集電極靜態(tài)電壓；集電極靜態(tài)電壓； KCMR= AVD雙雙/AVC雙雙， AVD雙雙為差模放大倍數(shù)，用以上測(cè)量數(shù)據(jù)。為差模放大倍數(shù)，用以上測(cè)量數(shù)據(jù)。注意：注意：由于由于2R1，比，比較小，因此輸較小，因此輸入電壓只要在入電壓只要在接線后重新測(cè)接線后重新測(cè)量。量。連接電路連接電路4.4.單端輸入電路的測(cè)量：?jiǎn)味溯斎腚娐返臏y(cè)量：在一個(gè)輸入端接入在一個(gè)輸入端接入0.1V0.1V電壓信號(hào)，另一端接地；用萬電壓信號(hào)，另一端接地；用萬用表測(cè)量測(cè)量輸出電壓；用表測(cè)量測(cè)量輸出電壓；在一個(gè)輸入

21、端接入在一個(gè)輸入端接入-0.1V-0.1V電壓信號(hào)，另一端接地；用電壓信號(hào)，另一端接地；用萬用表測(cè)量輸出端電壓：萬用表測(cè)量輸出端電壓：在一個(gè)輸入端接入峰峰值為在一個(gè)輸入端接入峰峰值為5050毫伏，頻率為毫伏，頻率為1KHZ1KHZ的正的正弦波交流信號(hào)，另一端接地；用示波器測(cè)量輸出端電弦波交流信號(hào)，另一端接地；用示波器測(cè)量輸出端電壓波形。壓波形。實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)操作對(duì)地電壓對(duì)地電壓VC1VC2VC3AVD1AVD2AV雙雙Vi=0.1VVi=-0.1VVpp=50mV f=1khz注：注： AVD1=（VO1-VO1Q）/Vi1；VO1Q為為V1集電極靜態(tài)電壓；集電極靜態(tài)電壓； AVD2=（VO2-

22、VO2Q）/Vi1； VO2Q為為V2集電極靜態(tài)電壓；集電極靜態(tài)電壓； 在輸入交流信號(hào)時(shí)，測(cè)量在輸入交流信號(hào)時(shí)，測(cè)量VC1和和VC2之間電壓應(yīng)用示波器的之間電壓應(yīng)用示波器的CH1-CH2；注意：由于注意：由于2R12R1、2R42R4比較小，因比較小，因此輸入電壓要在此輸入電壓要在接線后重新測(cè)量、接線后重新測(cè)量、調(diào)整。調(diào)整。連接電路連接電路單端輸入直流信號(hào)單端輸入直流信號(hào)連接電路連接電路信信號(hào)號(hào)發(fā)發(fā)生生器器單端輸入交流信號(hào)單端輸入交流信號(hào)為使兩個(gè)管工作在對(duì)稱的狀態(tài)，應(yīng)調(diào)節(jié)為使兩個(gè)管工作在對(duì)稱的狀態(tài)，應(yīng)調(diào)節(jié)R RP P 使使V VC1C1和和V VC2C2之間之間的電壓為的電壓為0V0V；為盡量滿足這個(gè)要求，應(yīng)用萬用表的直流；為盡量滿足這個(gè)要求，應(yīng)用萬用表的直流200mV200mV檔測(cè)量，使這個(gè)電壓在十幾毫伏以內(nèi)，而不應(yīng)用較檔測(cè)量，使這個(gè)電壓在十幾毫伏以內(nèi)，而不應(yīng)用較大的量程測(cè)量。大的量程測(cè)量。由于實(shí)驗(yàn)箱上操作的空間較小，完成上述操作后應(yīng)盡量避由于實(shí)驗(yàn)箱上操作的空間較小，完成上述操作后應(yīng)盡量避免觸碰免觸碰RP ，以免影響測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性